Estudo Experimental da Ventilação e do Comportamento Térmico de
uma Cobertura em Telha Cerâmica com Beiral Ventilado e Sub-telha
Luís Pedro Rodrigues Almeidaa, João António Esteves Ramosa, Pedro Lourençob
Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria
a
Umbelino Monteiro S.A.
b
Resumo— Os métodos tradicionais utilizados na construção,
envolvendo soluções não sustentáveis e novos regulamentos na
área do desempenho térmico e ambiental dos edifícios têm
proporcionado o desenvolvimento de novos projectos com
incorporação de tecnologias passivas. Neste artigo é apresentada
uma estratégia de construção de cobertura ventilada
desenvolvida pela empresa Umbelino Monteiro, S.A. O estudo foi
concebido para analisar o desempenho térmico da cobertura
através da avaliação das transferências de calor nas diferentes
camadas do telhado. Para tal, foi projectada e construída uma
célula de teste, testada sob as condições exteriores com a
monitorização das condições climatéricas, onde se realizaram
diversos ensaios de modo a comparar o fluxo de calor nas
diferentes camadas da cobertura. Observando os resultados,
verifica-se que a utilização de telhado revestido em telha
cerâmica apresenta capacidade de armazenar uma quantidade
significativa do fluxo de calor que o atravessa. Verifica-se uma
redução significativa das transferências de calor entre a telha
cerâmica e a placa sub-telha realçando a importância de uma
caixa-de-ar ventilada numa cobertura.
Palavras-chave— Fluxo transiente de calor, telhado com
beiral ventilado, ventilação natural da cavidade, telha cerâmica,
tecnologias passivas de construção.
I. INTRODUÇÃO
Nos últimos anos, com o crescente custo relacionado com
o consumo de energia e a maior sensibilidade da população
para as questões relacionadas com a eficiência energética e
ambiental, a conservação de energia em edifícios tem
incentivado o desenvolvimento de diversas soluções que
proporcionam o consumo de energia de forma sustentável.
Para promover a eficiência energética dos edifícios foi
introduzida em 2002 a Diretiva 2002/91/CE relativa ao
desempenho energético de edifícios tendo sido reformulada
em 19 de maio de 2010, com a Diretiva 2010/31/UE. No caso
Português a transposição da Diretiva levou a adotar o
Regulamento das Características de Comportamento Térmico
dos Edifícios (RCCTE), (Decreto-Lei n.º 80/2006),
essencialmente para os edifícios de habitação. A partir de 1 de
Dezembro de 2013 com a entrada em vigor do Decreto-Lei nº
118/2013 foram revogados os seguintes diplomas: DecretoLei n.º 78/2006, Decreto-Lei n.º 79/2006 (RSECE) e o
Decreto-Lei n.º 80/2006 (RCCTE). O Decreto-Lei nº
118/2013 prevê o reforço prioritário de estratégias passivas
que contribuam para melhorar o desempenho térmico dos
edifícios durante o Verão.
Sabe-se que a cobertura constitui um dos principais
elementos da envolvente opaca dos edifícios onde a escolha
dos materiais e a implementação de tecnologias passivas
adequadas determinam a performance térmica de um edifício.
Na incorporação de tecnologias passivas na concepção de
uma cobertura deve-se considerar as condições exteriores não
como agentes externos indesejáveis, mas sim como recursos
úteis na contenção dos requisitos de energia no aquecimento
ou arrefecimento de um edifício.
O clima de Portugal é caracterizado por elevadas
amplitudes térmicas entre dias amenos e noites com forte
arrefecimento. As amplitudes térmicas interferem no conforto
térmico dos edifícios e dificultam o planeamento de soluções
que garantam a eficácia durante todo o ano. É ainda
caracterizado por valores significativamente altos de radiação
solar, principalmente no Verão, originado elevadas
temperaturas nas superfícies do telhado. O sobreaquecimento
do revestimento da cobertura durante a incidência solar pode
causar condições térmicas indesejadas nos edifícios.
As coberturas em Portugal são tipicamente inclinadas e
revestidas com telhas cerâmicas fazendo parte do património
edificado Português. No entanto, este tipo de solução por
vezes apresenta diversas anomalias, tais como, colonização
biológica, defeitos no isolamento térmico, cor e desníveis
inadequados [1]. Outro problema está associado a defeitos no
sistema de ventilação, dando-se-lhe pouca importância e
muitas vezes desconhecendo-se as suas vantagens. Uma das
soluções passivas consiste na construção de coberturas
ventiladas que diminuam a transferência de calor através do
telhado, diminuindo os gastos a nível energético, e
consequentemente o aumento do conforto térmico do edifício.
As coberturas ventiladas podem ser definidas como um
sistema de proteção cuja principal característica é a existência
de uma caixa-de-ar, resultante do afastamento entre o
revestimento e a placa inferior. A caixa-de-ar promove
movimentos ascendentes de ar proveniente tanto do gradiente
de densidade induzida pela diferença de temperatura no ar na
caixa-de-ar, ou então pela pressão do vento. Este fluxo de ar
ajuda a eliminar uma parte significativa do calor transmitido a
partir do telhado, nos dias de verão com maior intensidade de
radiação solar.
Nos últimos anos são vários os estudos experimentais
realizados com o objetivo de quantificar o comportamento
térmico de coberturas. Nos ensaios experimentais em regime
dinâmico, os investigadores desenvolveram diversas células de
teste constituídas por um pequeno compartimento, na maior
parte dos casos construído em alvenaria e integrando uma
cobertura [2-11], tal como realizado no presente estudo. Estes
estudos são de extrema importância para se quantificar as
características dos elementos construtivos dos edifícios no
desenvolvimento de novos projetos de construção sustentável.
II. TIPOLOGIA DAS COBERTURAS INCLINADAS
Na generalidade, uma cobertura inclinada em telha cerâmica
integra principalmente a telha cerâmica como revestimento,
uma estrutura secundária que sustenta o revestimento (ripas e
contra ripado), materiais isolantes e uma estrutura resistente
que suporta a totalidade da cobertura. Uma tipologia de
cobertura que permite garantir as condições de conforto
térmico do desvão da cobertura é caracterizada pela colocação
do isolamento sob a telha cerâmica com o beiral ventilado
(Fig. 1.a). Recentemente, uma nova estratégia construtiva
aplicada principalmente na reabilitação de coberturas
inclinadas, consiste numa tipologia que utiliza placas sub-telha
que permitem reforçar a estanquidade da cobertura com
elevada capacidade de isolamento e ainda apresenta a
capacidade de favorecer a ventilação da estrutura devido à sua
configuração ondulada (Fig. 1.b).
Membrana
Impermeável
Ripa
Isolamento térmico
Ripa metálica
longo do período de medição, nas estações da primavera e
verão. A construção do protótipo foi realizada no Campus 2 da
Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Leiria, nas
seguintes coordenadas geográficas de +39° 44´, -8° 49´. A
célula de teste foi construída e orientada ao quadrante sul, de
forma a optimizar os ganhos solares.
A. Célula de Teste: Desenho e Construção
A célula de teste representa um protótipo modelo em escala
reduzida de uma habitação típica com sótão e cobertura
ventilada. Apresenta uma estrutura em parede simples de
alvenaria com sótão separado pela colocação de isolamento
XPS de 4 cm no desvão da cobertura, permitindo o
enquadramento de uma solução preconizada com objetivo do
estudo das flutuações térmicas do desvão da cobertura. A
cobertura é composta por duas placas sub-telha Nartutherm
aplicadas diretamente sobre as paredes de alvenaria. O
protótipo foi construído com uma área de aproximadamente de
4,67 m2 e com cobertura de 2,5 metros de comprimento e 30%
de inclinação (Fig. 2).
Placa Sub-Telha
Naturtherm
Fig. 1. Soluções estruturais construtivas de coberturas com beiral
ventilado. a) Isolamento sob a telha; b) Isolamento integrado em placa
sub-telha.
Uma cobertura ventilada consiste numa estrutura que
funciona com uma caixa-de-ar ventilada desde o beirado até à
cumeeira, integrando diversas estratégias de ventilação na
fixação e no suporte do revestimento. Destaca-se a fixação
mecânica do beiral através de grampos metálicos apropriados,
sem qualquer tipo de argamassa que possa obstruir a entrada e
a saída do ar e dificultar a sua ventilação. A estrutura de
suporte do revestimento exterior é constituída por ripas
perfuradas permitindo assegurar a circulação de ar na
totalidade da área sob a face interior da telha.
O escoamento do ar no interior da caixa-de-ar é originado
por convecção natural, que é aquecido pela ação do calor
ganho pela radiação solar na telha. Para potenciar a circulação
do ar são ainda aplicadas telhas ventiladoras no telhado. Na
execução da cumeeira é aplicada uma membrana impermeável
e ventiladora, com telhão assente sobre remate, suportado e
fixo mecanicamente [12-13].
Fig. 2. Representação esquemática da célula de teste.
III. CASO DE ESTUDO
Neste artigo pretende-se desenvolver uma metodologia de
forma a caracterizar o regime dinâmico da transmissão de
calor de uma cobertura inclinada com beiral ventilado e subtelha instalado pela empresa Umbelino Monteiro S.A. Para tal,
recorreu-se à construção de uma célula de teste que permitiu
analisar o comportamento dinâmico, revelado pelo perfil de
temperatura e de humidade ao longo do tempo, quando sujeita
a ciclos diários de ganhos solares e de arrefecimento nocturno.
A metodologia aplicada para a avaliação das trocas de calor
deste tipo de solução consistiu na elaboração de equações de
balanços de energia para as diferentes camadas construtivas e
no tratamento estatístico de todos os resultados obtidos ao
A célula de teste foi construída em parede simples de
alvenaria de tijolo térmico e sobre a mesma aplicado um
revestimento de argamassa (reboco) para auxiliar a parede de
alvenaria a cumprir as suas funções, em particular
estanquicidade à água. As placas sub-telha Naturtherm foram
fixas mecanicamente no topo da parede de alvenaria (Fig.3). A
placa sub-telha Naturtherm apresenta excelentes propriedades
de isolamento térmico devido à espuma de poliuretano rígido
que contém agregado à placa de cimento reforçado. O
acabamento da superfície inferior é composto por uma folha de
alumínio, o que proporciona uma barreira anti-vapor. A
estrutura de suporte do revestimento exterior é constituída por
ripas metálicas perfuradas que permite assegurar a circulação
de ar na totalidade da cobertura sob a face interior da telha.
integrados é alimentado por energia solar que envia os dados
para a consola Vantage Pro2™.
Fig. 3. Aplicação da placa sub-telha Naturtherm.
Destaca-se a fixação mecânica do beiral através de
grampos metálicos apropriados, sem qualquer tipo de
argamassa que possa obstruir a entrada e a saída do ar e
impedir a sua ventilação (Fig. 4).
Fig. 6. Estação meteorológica (Wireless Vantage Pro2™ Plus).
Fig. 4. Pormenores de fixação das telhas cerâmicas. a) execução do beiral
ventilado com grampo apropriado; b) fixação da telha com grampo especial.
Na execução da cumeeira foi aplicada uma membrana
impermeável e ventiladora, com telhão assente sobre remate,
suportado e fixo mecanicamente como ilustrado na Fig. 5. Para
potenciar a circulação do ar foi aplicada uma telha ventiladora
no telhado. Os remates laterais e as meia-telha foram fixos
mecanicamente e com mástique.
Na medição da temperatura e humidade relativa do ar na
caixa-de-ar da cobertura utilizaram-se registadores LogTag,
com uma precisão de 0.1%HR e 0.1°C/°F. O LogTag é um
registador, robusto, de pequena dimensão e auto-suficiente,
sensível à temperatura e a humidade do ar com elevada
capacidade de memória. Os LogTag foram configurados para
obter registo contínuo de dados em intervalos de amostragem
de 5 minutos. Os LogTag foram instalados em vários locais da
caixa-de-ar da cobertura e no interior do desvão não ventilado.
Fig. 7. Sensores de temperatura e humidade relativa do ar
(LogTag® HAXO-8).
Fig. 5. Execução da cumeeira. a) execução da estrutura de suporte. b)
aplicação da membrana impermeável e fixação mecânica do telhão.
B. Instrumentação utilizada e sistema de aquisição de dados
Para estudar o comportamento térmico dinâmico da célula
de teste, nomeadamente o comportamento da cobertura foi
utilizado um conjunto de instrumentação que permite a recolha
de dados importantes no desenvolvimento desta investigação.
A principal vantagem da avaliação do comportamento térmico
das envolventes opacas de edifícios em regime dinâmico
consiste no estudo de um edifício em função de uma
determinada região climática. Nesta investigação foi utilizada
a estação meteorológica Wireless Vantage Pro2™ Plus
composta por um conjunto de sensores integrados, instalada
junto da célula de teste Fig. 6. Inclui sensores de temperatura e
humidade do ar, pluviómetro, anemómetro e sensores de
radiação solar. As medições foram registadas a cada 5 minutos
e enviadas para a consola Vantage Pro2™. O sistema de
transmissão de dados wireless do conjunto de sensores
Durante os ensaios experimentais, utilizaram-se dois
instrumentos de medição multifuncional (Texto, 435) para se
registar a temperatura superficial dos materiais e a velocidade
do fluxo de ar na caixa-de-ar. Nesta investigação foram
utilizados sensores de temperatura (termopares) que
determinam a temperatura média superficial da face superior
do revestimento cerâmico e da temperatura das faces
superficiais correspondente à caixa-de-ar. O termopar possui
um sistema de triplo sensor, podendo ser utilizado de -20 a
+70 °C, com exactidão de ±0.1. A sonda de medição de
molinete utilizada no registo da velocidade fluxo do ar na
caixa-de-ar tem um diâmetro de 60 mm, podendo ser utilizado
a uma temperatura de 0 a +60 °C, com exactidão de ±(0.1 m/s
+1.5% do v.m.).
Fig. 8. Sonda de superfície.
Fig. 9. Sonda de medição molinete.
C. Metodologia experimental
A caixa-de-ar de uma fiada de telhas da cobertura foi
instrumentada com placas LogTag, com espessamentos
similares entre si de 0,6 metros de comprimento, como
esquematizado na Fig.11. Com base na combinação dos
mecanismos de transferência de calor, a formulação do modelo
de cálculo permitiu a quantificação das transferências de calor
associadas ao revestimento cerâmico, a caixa-de-ar ventilada, e
ainda, o cálculo do balanço energético para a placa sub-telha,
permitindo assim determinar a energia transmitida em regime
transiente para cada camada construtiva. Os sensores
colocados na cobertura estão espaçados similarmente entre sim
com o objetivo de se desenvolverem balanços de energia e
criar um modelo matemático das transferências de calor
resultantes para este tipo de cobertura. Nas figuras seguintes
apresentam-se fotografias da instalação dos registadores
LogTag e da instalação dos termopares com o objetivo de se
obter o registo da temperatura superficial dos materiais e do ar
da caixa-de-ar da cobertura ao longo do tempo.
Fig. 12. Instalação do anemómetro de velocidade na caixa-de-ar.
A experiência foi conduzida entre Maio e Julho, nas estações
da primavera e verão.
D. Mecanismos de transferência de calor na cobertura
ventilada
O mecanismo de transferência de calor do sistema de telhado
ventilado apresenta-se ilustrado na Fig. 13. O desempenho
térmico do telhado foi analisado em função de dois volumes de
controlo como esquematizados na Figura.
Fig. 10. Instalação dos registadores LogTag e dos termopares.
Na Fig. 12 são apresentadas fotográficas da instalação do
anemómetro de velocidade com o objetivo de se obter o registo
da velocidade de fluxo de ar que se desenvolve naturalmente
na caixa-de-ar da cobertura ao longo do tempo.
Fig. 13. Mecanismos de transferência de calor na cobertura ventilada.
Fig. 11. Sensores de temperatura e humidade relativa do ar (LogTag® HAXO-8).
Para uma determinada intensidade de radiação solar
incidente
sobre o revestimento, parte do fluxo de calor é
absorvido pela superfície
e a restante parte refletida para
o exterior, tal que:
(1)
O fluxo de calor emitido pelo revestimento para o meio
envolvente depende da sua temperatura superficial,
,eo
fluxo de calor perdido por convecção para o ar exterior à
temperatura
depende do coeficiente de convecção,
.
O fluxo de calor transmitido para o revestimento cerâmico
pode ser obtido por um balanço de energia definido por um
volume de controlo na superfície exterior do revestimento,
resumindo-se à seguinte equação:
̇
(
)
(6)
O calor transmitido para o desvão da cobertura é
determinado através da equação de transferência de calor
desde o ar na caixa-de-ar até ao ar no desvão da cobertura:
((
)
)
(7)
O valor do coeficiente de transmissão térmica ( ) para a placa
sub-telha é fornecido pelo fabricante pelo que a transferência
de calor é calculada pelo produto entre o coeficiente de
transmissão térmica e a variação entre a temperatura média do
ar da caixa-de-ar e a temperatura do ar no desvão,
.
(2)
O termo
representa o fluxo de calor que é absorvido
por condução para o interior do revestimento cerâmico, por
unidade de área. O termo
representa a capacidade do
revestimento em diminuir o impacto da radiação solar e de
reduzir o fluxo de calor transmitido estando diretamente
relacionado com o fluxo de calor radiativo, emitido para o
exterior pela superfície,
e com o fluxo de calor
convectivo,
trocado com o ar exterior. Assim, o
termo
é calculado pela seguinte equação:
(
)
IV. ANÁLISE E APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS
A. Análise das transferências de calor através das telhas
cerâmicas
Apresentam-se os resultados da transferência de calor
ocorrida para o revestimento cerâmico durante o dia 15 de
Junho calculado de acordo com o balanço energético
apresentado na equação (5). Os dados meteorológicos para o
dia 15 de Junho são apresentados na Tabela 1.
(3)
Verifica-se que o balanço de energia para a superfície do
revestimento cerâmico representado pelo volume de controlo,
VC(1) é caracterizado pelo total de fluxo de calor recebido,
, e o total do fluxo de calor perdido. Sintetizando, o
balanço de transferência de calor para a superfície do
revestimento cerâmico pode ser representado como ilustrado
na seguinte equação:
(4)
A transferência de calor através do revestimento cerâmico
está diretamente relacionada com a diferença de temperatura, a
espessura, a resistência térmica e a capacidade calorífica do
material cerâmico. A conservação de energia para o
revestimento cerâmico pode ser representada pelo seguinte
balanço de energia.
(5)
O calor acumulado,
, resulta da diferença entre a
quantidade de fluxo de calor que entra,
e da quantidade
de fluxo de calor que sai da telha cerâmica,
. A
transferência de calor para o ar que flui através da caixa-de-ar
está diretamente relacionada com a transmissão de calor da
superfície quente do revestimento cerâmico por convecção
para o ar da caixa-de-ar. O ar por sua vez, transfere o calor
para a superfície da sub-telha provocando uma variação da sua
temperatura superficial. Acontece ainda fluxos de calor entre a
superfície interior do revestimento e a superfície da sub-telha
em contato com o ar da caixa-de-ar. Verifica-se que balanço de
energia para a caixa-de-ar representado pelo volume de
controlo, VC(2). A potência calorífica que é transportado pelo
ar da caixa-de-ar é determinada em função do caudal volúmico
do escoamento ( ̇ ), massa específica e capacidade calorífica do
ar através da seguinte equação:
Tabela 1- Dados meteorológicos no dia 15 de Junho.
Temperaturas
°C
Média
18,51
Máxima
23,40
Mínima
14,80
Tempo
Durante a incidência solar verifica-se que apresenta
capacidade de armazenar uma quantidade significativa do
fluxo de calor que o atravessa. Verifica-se que o fluxo de calor
máximo armazenado dá-se por volta das 11h, sendo que a
partir deste registo a sua capacidade de armazenamento
térmico apresenta uma redução significativa até ao ponto que
começa a verificar-se a dissipação de algum do fluxo de calor
armazenado. O fluxo de calor que entra no revestimento
cerâmico,
, apresenta valor máximo quando a intensidade
da radiação solar, , é mais elevada. A quantidade de fluxo de
calor que passa para o ar da caixa-de-ar,
, resulta da
subtracção entre a quantidade de fluxo de calor captada pelo
revestimento
, pelo fluxo de calor acumulado,
.
Fig. 14. Comparação entre o fluxo de calor que entra no revestimento e o
acumulado.
No que se refere as propriedades opticas do revestimento,
verifica-se que uma parte da energia solar é refletida para o
meio envolvente,
.
Fig. 15. Comparação entre o fluxo de calor que entra para a telha cerâmica e o
devolvido para a envolvente exterior.
B. Análise dos perfis de temperatura ao longo da caixa-de-ar
e do desvão da cobertura
Seguidamente apresentam-se os resultados mais
significativos e elucidativos que evidenciam o comportamento
térmico da cobertura ventilada revelado pelos perfis de
temperatura ao longo da caixa-de-ar e no desvão
correspondente ao dia 20 de Junho, em função das condições
meteorológicas. Os dados meteorológicos são apresentados na
Tabela 1.
Tabela 2- Dados meteorológicos no dia 20 de Junho.
Temperaturas
°C
Média
13,38
Máxima
20,00
Mínima
5,70
Tempo
Dos resultados obtidos constata-se que os dias apresentam
elevadas amplitudes térmicas exteriores destacando-se uma
amplitude térmica com uma diferença de 14,3ºC. No entanto, a
temperatura do desvão não acompanhou o forte arrefecimento
nocturno apresentando um comportamento térmico favorável e
expressivo.
ºC
W/m2
35
1200
30
1000
25
800
20
600
15
400
10
5
200
0
0
00
02
04
07
09
12
14
16
19
21 Hora
Legenda:
T(1): Temperatura na caixa-de-ar [ºC]
T(2): Temperatura na caixa-de-ar [ºC]
T(3): Temperatura na caixa-de-ar [ºC]
T(Exterior): Temperatura no exterior [ºC]
T(Desvão): Temperatura do desvão [ºC]
R(Solar): Radiação Solar [W/m2]
(1)
(2)
Fig. 16. Desempenho térmico da cobertura para o dia 20 de Junho.
(3)
A cobertura apresenta uma favorável contenção das
oscilações de temperatura derivadas do arrefecimento
nocturno. Os ganhos térmicos diários e a dissipação lenta do
calor durante o forte arrefecimento nocturno contribuiu para a
contenção do calor interior no desvão, mantendo-o a uma
temperatura relativamente superior à temperatura exterior. Isso
significa que a cobertura apresenta capacidade de contenção
das oscilações de temperatura derivadas do arrefecimento
nocturno face á inércia térmica associada à massa da placa
sub-telha Naturtherm. Esta nova estratégia de construção de
coberturas ventiladas e isoladas reduz as perdas térmicas
devido à resistência térmica proporcionada pelo isolamento e a
massa dos elementos da cobertura que permite manter um
edifício quente durante o período nocturno.
C. Estudo da ventilação natural da caixa-de-ar e análise da
transferência de calor através da caixa-de-ar e da placa subtelha
Na Tabela 3 apresenta-se o resumo das temperaturas
máximas do ambiente exterior, da superfície interior da telha
cerâmica e do ar da caixa-de-ar para o dia 30 de Junho.
Observa-se que para o dia analisado a temperatura máxima do
ambiente envolvente da célula de teste apresenta temperaturas
máximas de 37,9°C.
Tabela 3- Resumo das temperaturas máximas do exterior, da superfície
interior da telha cerâmica e do ar da caixa-de-ar para o dia 30 de Junho.
Variáveis
Condições
Superfície Interior
Caixa-de-ar
Meteorológicas
da Telha
Tmáx. (°C)
37,9
62,1
49,95
Registo (Hora)
14h25min
14h25min
14h35min
Verifica-se que a velocidade da caixa-de-ar foi mais elevada
quando a radiação solar foi mais intensa.
(m/s)
0,8
Medição - 30/05/2013
(w/m2)
1200
0,6
900
0,4
600
0,2
300
0
00
04
09
14
V(Caixa-de-ar)
0
19 Tempo(h)
Radiação solar
Fig. 17. Análise do perfil de velocidade do ar na caixa-de-ar.
Fez-se ainda a análise do fluxo de calor dissipado por
ventilação natural através da caixa-de-ar e do fluxo de calor
transferido através da placa sub-telha Naturtherm, como
apresentado nas Fig. 18 e 19. Analisando a Fig. 18, observa-se
uma redução da temperatura da superfície interior da telha
cerâmica, ou seja quando o fluxo de calor transportado através
da caixa-de-ar aumenta. Na Fig. 19, verifica-se que a
transferência de calor através da placa sub-telha aumenta com
o aumento da temperatura superficial interior da telha
cerâmica,
. No entanto, observa-se uma redução do fluxo
de calor transmitido para o desvão através da placa sub-telha
quando o fluxo de calor transportado por ventilação natural
através do escoamento do ar na caixa-de-ar aumenta.
conjunta do revestimento cerâmico e da caixa-de-ar ventilada
na crescente atenuação do fluxo de calor para o interior à
medida que a intensidade da radiação solar aumenta. Durante o
arrefecimento nocturno verifica-se uma inversão das
temperaturas das superfícies com uma variação de temperatura
entre as superfícies de aproximadamente 3,5ºC, variação esta
praticamente constante nesse período de tempo. Assim,
durante o arrefecimento nocturno a caixa-de-ar ventilada pode
ser favorável durante os dias mais quentes, refrescando a
cobertura.
V. CONCLUSÃO
Fig. 18. Comparação do fluxo de calor dissipado por ventilação natural,
em função da temperatura superficial interior da telha cerâmica,
.
,
Fig. 19. Comparação da transferência de calor dissipada por ventilação natural,
e da transferência de calor para o desvão , em função da temperatura
superficial interior da telha cerâmica,
.
D. Comparação das temperaturas superficiais da caixa-de-ar
Através da análise da Fig. 20, verifica-se uma expressiva
diferença entre as temperaturas superficiais da caixa-de-ar.
Observam-se duas situações relevantes que influenciam o
comportamento térmico de uma cobertura com caixa-de-ar
com beiral ventilado e sub-telha, apresentando-se a seguinte
análise. Durante as horas de incidência solar, verifica-se uma
progressiva variação da diferença entre as temperaturas
superficiais da caixa-de-ar, isto é, da superfície interior do
revestimento cerâmico e da superfície exterior da placa subtelha Naturtherm, atingindo um máximo que coincide com o
máximo do ciclo diário de radiação solar incidente sobre o
revestimento cerâmico. A variação de temperatura entre as
duas superfícies é aproximadamente de 12ºC (Fig. 20). A
diferença de temperatura prova a importância da acção
A estratégia de construção de coberturas ventiladas
investigada neste artigo pretende aprofundar o conhecimento
do comportamento térmico de uma cobertura com beiral
ventilado e sub-telha. Este estudo permite quantificar o seu
desempenho térmico através da avaliação das transferências de
calor nas diversas camadas construtivas e da ventilação natural
na caixa-de-ar. Com o planeamento de uma célula de teste,
construída e testada sob condições exteriores foi determinante
para o registo de temperaturas do ar no desvão não ventilado e
nas diversas superfícies e materiais da cobertura, de modo a se
poder avaliar as trocas de calor respectivas.
Durante a análise do comportamento térmico concluiu-se
que nos dias de fraca intensidade solar, a cobertura apresenta
capacidade de absorver parte da radiação solar contribuindo
para a contenção das oscilações de temperatura derivadas do
forte arrefecimento nocturno, face à sua inércia térmica
associada a massa da sub-telha. Concluiu-se ainda que os
ganhos térmicos diários e a dissipação lenta de calor durante
forte arrefecimento nocturno contribuem para a contenção do
calor interior do desvão mantendo-o a uma temperatura
superior à temperatura exterior. Durante os dias mais quentes
obtiveram-se óptimas inércias térmicas com expressivos
amortecimentos térmicos da ordem dos 20ºC e atrasos
térmicos superiores a 3 horas.
Da análise e interpretação dos resultados das transferências de
calor através do revestimento cerâmico, permitiu concluir que
a telha cerâmica apresenta capacidade de armazenar uma
quantidade significativa do fluxo de calor que o atravessa. A
quantidade de energia armazenada ocorre nas primeiras horas
da incidência solar, quando a temperatura do revestimento
cerâmico se encontra próximo da temperatura ambiente. A
telha cerâmica apresenta ainda boas propriedades opticas,
concluindo-se que parte da energia solar é devolvida para o
meio envolvente.
Fig. 20. Comparação da variação das temperaturas superficiais da caixa-de-ar em função da radiação solar incidente.
Concluiu-se ainda que as transferências de calor por
condução entre a caixa-de-ar e o desvão da cobertura
aumentam com o aumento da temperatura da telha cerâmica.
No entanto, observa-se uma redução da transferência de
calor por condução quando a transferência de calor por
ventilação natural aumenta. Isto significa que o calor
acumulado se dissipou através da caixa-de-ar para o exterior.
Conclui-se que a ventilação natural é fulcral na redução dos
extremos de temperatura do ar e das superfícies da caixa-dear originando a redução das transferências de calor por
condução para o desvão da cobertura.
AGRADECIMENTOS
Os autores desde artigo agradecem à empresa Umbelino
Monteiro,
S.A.
pelo
interesse manifestado
no
desenvolvimento do trabalho e pela pronta disponibilidade
na construção da cobertura da célula de teste e à empresa
Prélis, S.A., a disponibilidade do tijolo térmico e da mão de
obra para a construção de estrutura de alvenaria da
envolvente exterior vertical. Por último, à Escola Superior e
Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria pela
disponibilização do espaço fornecido para a construção da
célula de teste.
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